Электрический привод (сокращённо — электропривод) — это электромеханическая система для приведения в движение исполнительных механизмов рабочих машин и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса.

Современный электропривод — это совокупность множества электромашин, аппаратов и систем управления ими. Он является основным потребителем электрической энергии (до 60 %) и главным источником механической энергии в промышленности.

Определение по ГОСТу Р 50369-92 [1] Электропривод - электромеханическая система, состоящая из преобразователей электроэнергии, электромеханических и механических преобразователей, управляющих и информационных устройств и устройств сопряжения с внешними электрическими, механическими, управляющими и информационными системами, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса.

Как видно из определения, исполнительный орган в состав привода не входит. Однако, авторы авторитетных учебников [2] [3] включают исполнительный орган в состав электропривода. Это противоречие объясняется тем, что при проектировании электропривода необходимо учитывать величину и характер изменения механической нагрузки на валу электродвигателя, которые определяются параметрами исполнительного органа. При невозможности реализации прямого привода электродвигатель приводит исполнительный органа в движение через кинематическую передачу. КПД, передаточное число и пульсации, вносимые кинематической передачей также учитываются при проектировании электропривода.

Функциональная схема

Функциональные элементы:

• Регуляторы (Р) предназначен для управления процессами, протекающими в электроприводе.
• Электрический преобразователь (ЭП) предназначен для преобразования электрической энергии сети в регулируемое напряжение постоянного или переменного тока.
• Электромеханический преобразователь (ЭМП) — двигатель, предназначен для преобразования электрической энергии в механическую.
• Механический преобразователь (МП) может изменять скорость вращения двигателя, а ткаже характер движения (с вращательного на вращательное или с вращательного на поступательное).
• Упр — управляющие воздействие.
• ИО — исполнительный орган.

Функциональные части:

• Силовая часть или электропривод с разомкнутой системой регулирования;
• Механическая часть;
• Система управления электропривода.

Характеристики привода

Статические характеристики

Под статическими характеристиками чаще всего подразумеваются электромеханическая и механическая характеристика.

Механическая характеристика

Механическая характеристика — это зависимость угловой скорости вращения вала к от электромагнитного момента M (или от момента сопротивления Mc). Механические характеристики являются очень удобным и полезным инструментом при анализе статических и динамических режимов электропривода.[4]

Электромеханическая характеристика двигателя

Электромеханическая характеристика — это зависимость угловой скорости вращения вала W от тока I.

Виды электроприводов

• Нерегулируемые, простейшие, предназначенные для пуска и остановки двигателя, работающие в односкоростном режиме.
• Регулируемые, допускающие изменение частоты вращения и управление пуском и торможением электродвигателя для заданного технологического процесса. Способ регулирования зависит от типа двигателя. Так, для машин переменного тока применимо управление частотой, током в роторе, переключением пар полюсов статора. Для коллекторных машин применимо регулирование напряжением.
• Неавтоматизированные
• Автоматизированные
• Линейные — для частных случаев.
• Вращательные — наиболее распространённый тип. Чаще всего линейное перемещение получают механическими преобразователями вращательного движения двигателя.

Подбор электродвигателя

Качество работы современного электропривода во многом определяется правильным выбором используемого электрического двигателя, что в свою очередь обеспечивает продолжительную надёжную работу электропривода и высокую эффективность технологических и производственных процессов в промышленности, на транспорте, в строительстве и других областях.

При выборе электрического двигателя для привода производственного механизма руководствуются следующими рекомендациями:

• Исходя из технологических требований, производят выбор электрического двигателя по его техническим характеристикам (по роду тока, номинальным напряжению и мощности, частоте вращения, виду ме ханической характеристики, продолжительности включения, перегрузочной способности, пусковым, регулировочным и тормозным свойствами др.), а также конструктивное исполнение двигателя по способу монтажа и крепления.
• Исходя из экономических соображений, выбирают наиболее простой, экономичный и надёжный в эксплуатации двигатель, не требующий высоких эксплуатационных расходов и имею щий наименьшие габариты, массу и стоимость.
• Исходя из условий окружающей среды, в которых будет работать двигатель, а также из требований безопасности работы во взрывоопасной среде, выбирают конструктивное исполнение двигателя по способу защиты.

Правильный выбор типа, исполнения и мощности электрического двигателя определяет не только безопасность, надёжность и экономичность работы и длительность срока службы двигателя, но и технико-экономические показатели всего электропривода в целом.

Алгоритм выбора электропривода

Принцип действия исполнительных механизмов не является ключевым фактором выбора электропривода, ключевыми в данном случае являются характеристики технологического процесса, которые должен обеспечить механизм. Этому же условию должен соответствовать и электропривод.

Например алгоритм выбора технических специалистов, обслуживающих технологические процессы, в которых исполнительным механизмом является трубопроводная арматура, будет следующим:

• Выполняемая функция: запорная, дросселирующее регулирование, запорно-регулирующий режим, отсечка и т. д.
• Пропускная способность.
• Транспортируемая среда: абразивная, агрессивная химически, вязкая пульпа, огнеопасный газ, пар и т. д.
• Время срабатывания арматуры (в зависимости от типа).
• Высокая ремонтопригодность и длительный срок службы.

Следует иметь в виду, что не может быть универсального электропривода. В качестве примера, приведём средний медеплавильный цех: цех имеет несколько анодных печей, печи работают в разных режимах: загрузка, плавление, восстановление, окисление и это неполный перечень. Требуемые характеристики механизмов для этих режимов различны, на каждом процессе бывает задействована различная группа приводной арматуры. Диаметры разнятся от 200 до 900 мм, различны и подающиеся среды — мазут, газ, воздух и проч., температурные режимы так же изменяются.

С другой стороны, конструкция электропривода может быть модульной, части привода могут свободно меняться, причём блоки разных исполнений должны быть по возможности унифицированы и легко заменяться.

Для некоторых механизмов, работающих в повторно-кратковременном режиме (краны, лифты), большую часть рабочего цикла двигатель работает на естественной характеристике и только относительно небольшое время работает на регулировочной характеристике, обычно на пониженной частоте вращения. В этом случае потери электроэнергии на регулировочной характеристике сравнительно невелики, так как мало время работы на ней. Поэтому здесь можно применять простые и дешёвые способы регулирования, даже если они вызывают повышенные потери мощности в обмотках.

Основными типами электродвигателей, которые используются для привода производственных механизмов с регулируемой скоростью движения рабочего органа, являются двигатели постоянного тока и асинхронные с короткозамкнутым или фазным ротором. Наиболее просто требуемые искусственные характеристики получаются у двигателей постоянного тока, поэтому до недавнего времени они преимущественно и находили применение для регулируемых электроприводов. С другой стороны, асинхронные двигатели, уступая двигателям постоянного тока по возможностям регулирования частоты вращения, по сравнению с последними проще в изготовлении и эксплуатации и имеют относительно меньшие массу, размеры и стоимость. Именно эти отличительные свойства асинхронных двигателей определили их главенствующее использование в промышленном нерегулируемом электроприводе. [5] В настоящее время двигатели постоянного тока вытесняются асинхронными двигателями с преобразователями частоты, основными производителями которых являются ABB, Schneider, Siemens, Lenze. Число выпускаемых двигателей постоянного тока составляет лишь 4-5 % числа двигателей переменного тока.

Современные российские производители и поставщики электроприводов

Проблема регулирования скорости движения машин и механизмов с целью экономии электроэнергии решалась в последние десятилетия в основном с помощью регулируемых электроприводов. Причём, если ещё в 70-80-х годах преобладающими были регулируемые электроприводы постоянного тока, то в настоящее время они повсеместно вытесняются регулируемыми электроприводами переменного тока, как правило, с асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором. Объясняется это достижениями микроэлектроники, позволяющими реализовать небольшими аппаратными затратами довольно сложные алгоритмы управления электродвигателем переменного тока, который в общем случае предпочтительнее двигателя постоянного тока по надёжности, массе, габаритам и стоимости.

Некоторые из производителей в России и СНГ:

• ОАО «Электропривод» (г.Киров)
• ООО «Электропривод» (Украина, Запорожье),
• ОАО Завод «Преобразователь» (Украина, Запорожье),
• ОАО «Запорожский электроаппаратный завод»,
• НИПТИЭМ,
• ОАО «Владимир»,
• ООО «АВВИ»,
• ООО «Двигатель»,
• ЗАО Томск,
• ООО «Кранприборсервис» на базе СКТБ Башенного Краностроения (СКТББК г. Москва),
• ООО НПФ «Ирбис» (г. Новосибирск),
• ООО «ЧЭАЗ — ЭЛПРИ» (дочернее предприятие ОАО «Чебоксарский электроаппаратный завод»),
• НТЦ «Приводная техника» (г. Челябинск),
• ЗАО «ЭРАСИБ» (г. Новосибирск)
• НПП «Уралэлектра» (г. Екатеринбург).

Примечания

1. Электроприводы. Термины и определения.-М.- Издательство стандартов. -1993[1]
2. Онищенко Г.Б. Электрический привод. — М.: Академия, 2003.
3. Ильинский Н.Ф. Основы электропривода.. — 2-е изд. — М.: МЭИ, 2003.
4. Ильинский Ф. Н. Основы электропривода: Учебное пособие для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательство МЭИ, 2003. — С. 220.
5. [2]

Литература

• Москаленко, В.В. Электрический привод. — 2-е изд. — М.: Академия, 2007.
• СПД БИРС — «Проблемы выбора электроприводов // Трубопроводная арматура. — 2007».
• Как выбрать тип электродвигателя
• Классификация крановых электроприводов
• Яуре А. Г., Певзнер Е. М. Крановый электропривод. Справочник.— М.: Энергоатомиздат, 1988.— 344 с.(djvu)